重復經顱磁刺激結合穿梭箱訓練對腦梗死恢復期大鼠 認知功能的影響

目的：比較重復經顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic sti腿lation，rTMS)單獨或與穿梭箱訓練結合對短暫性 大腦中動脈閉塞(transient middle cerebral artery occlusion,tMCAO)大鼠恢復期認知功能的影響。

方法:60只雄性SD大鼠經tMCAO術后，根據神經功能評分分為5組:rTMS刺激組(n=7)、訓練組(n=8)、rTMS結合 訓練組(n=7)、對照組(n=7)、假手術組(n=6)，于術后7天開始進行20Hz rTMS和/或穿梭箱訓練，術后第1、7、14、 21、28天進行改良神經功能缺陷程度評分(mNSS )術后第28天進行Morris水迷宮實驗。

結果：第28天時rTMS結合訓練組(P<0.001)與rTMS刺激組(P<0.05)的mNSS評分均低于對照組。水迷宮實驗第

1 一5天訓練組及對照組平均逃避潛伏期較假手術長(P<0.05)，第3天rTMS結合訓練組的平均逃避潛伏期較rTMS 組及訓練組短CP<0.05)。對照組穿越平臺次數較假手術組少(P<0.05)，rTMS結合訓練組穿越平臺次數較rTMS 組、訓練組及對照組多(P<0.05)。

結論:rTMS結合穿梭箱訓練可以改善腦梗死恢復期大鼠的認知功能，效果優于單一的rTMS刺激或訓練。

關鍵詞重復經顱磁刺激;短暫性大腦中動脈閉塞;恢復期;認知功能

我國每年新發的腦卒中病例超過240萬，其中 腦梗死患者占76%^[|_^2]，腦梗死常導致運動功能和進 行性認知功能等障礙。研究表明^[3]，30%以上的腦卒 中患者在發病3個月內出現認知障礙，與無認知障 礙的患者相比，存在認知障礙的患者在其他受損功 能的恢復上也受到嚴重影響，但目前針對腦卒中后 認知功能障礙(post- stroke cognitive impairment, PSCI)的治療手段仍有限。重復經顱磁刺激(repeti-tive transcranial magnetic stimulation, rTMS)是一■ 種非侵人性的神經刺激技術，其作用在刺激結束后 可維持1—2h，已被逐漸用于PSCI的治療'目前 臨床上有rTMS聯合認知功能訓練改善腦卒中患者 認知功能的研究^[5]，但其作用機制尚不明確。本研 究假設，rTMS結合即刻認知功能訓練對認知功能 的改善具有易化作用，效果優于單獨的刺激或訓 練。為此，本研究比較了重復經顱磁刺激與認知功 能訓練單一治療或聯合治療對短暫性大腦中動脈閉 塞（transient middle cerebral artery occlusion, tM- CAO)大鼠恢復期認知功能的影響，為rTMS臨床應 用方案提供理論依據，為進一步研究機制打下基礎。

1材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1實驗動物：SPF級雄性SD大鼠60只，體重 240—260g，由廣東省中醫藥大學動物實驗中心提 供，許可證號：SCXK(粵)2013-0034,所有動物均飼 養于中山大學(生命科學學院中藥與海洋藥物實驗 室）SPF級實驗環境中，許可證號：SYXK(粵)2014- 0020，采用已消毒顆粒型大鼠飼料喂養，飲用消毒滅 菌水，環境溫度控制在20—25°C。

1.1.2主要儀器與試劑_：XR-XC105型水迷宮視頻 分析系統（上海欣軟信息科技有限公司），CCY-I型 磁場刺激儀（武漢依瑞德醫療設備新技術有限公 司），XR-XC105型穿梭實驗視頻分析系統(Shuttle- box system) (上海欣 軟信息 科技有 限公司) 

3討論

作為近年來新興的非侵人性腦刺激技術，rTMS 已被廣泛應用于多種疾病的診斷和治療，如抑郁癥、 腦卒中、帕金森病等^[|4-^|6]，臨床上也逐漸將rTMS作

為PSCI的治療手段之」^17]。[卩等^[18]的研究表明， rTMS能改善腦卒中患者的認知和記憶功能，且治 療效果持續2個月。另外，在基礎實驗研究方面， Guo等^[4]對SD大鼠的tMCAO模型進行10Hz的rT-MS 干預 ，并用水迷宮實驗檢測認知功能 ，發現 rT-MS 組大鼠的認知功能較對照組有顯著改善。

目前關于rTMS干預腦梗死后認知功能障礙的 動物實驗研究多數集中于腦梗死后急性期(24h后) 且干預時間較短，一般不超過7 — 14天^[10州。然而在 臨床上，將rTMS應用于急性期腦卒中患者通常是 不可行的。此外，一般認為受損大腦在急性期非常 容易受到過度激發^[20一^21], Risedal等^[22]使用大腦中動 脈閉塞大鼠模型的研究表明，急性期(大腦中動脈閉 塞后24h)的訓練增加了組織損傷，延遲訓練（閉塞 后7天)能獲得更好的效果，說明腦卒中急性期應用 rTMS可能是不利的。我們既往研究表明，腦梗死 后恢復期28—56天的大鼠始終存在認知功能障 礙^[23]。本研究對tMCAO術后7天的大鼠進行較長 時間的rTMS干預，并觀察對恢復期認知功能障礙 的影響，為本研究的一個創新點，為臨床上腦梗死恢 復期患者認知障礙的rTMS治療提供了實驗依據。

在臨床的實際應用中有時會將rTMS與傳統的 常規治療相結合。有研究表明rTMS刺激18名健康 受試者的M1或S1可以加強對側手臂運動任務的訓 練效果，增強感覺運動能力的學習，表明rTMS可以 改變皮層興奮性，從而有可能增強后續的訓練和學 習效果^[24]。劉遠文等^[25]對腦卒中患者試驗組左側前 額葉背外側區（DLPFC)予以10Hz rTMS刺激及認 知功能訓練，對照組僅給予認知功能訓練，結果表明 高頻rTMS聯合認知功能訓練可以改善腦卒中患者 的執行功能障礙，且療效優于單一的認知功能訓 練。目前尚未有rTMS結合其他訓練干預腦梗死后 認知功能障礙的動物實驗研究。本研究將缺血 90min后再灌注的大鼠tMCAO模型作為干預對象 進行rTMS及訓練處理，為本實驗的另一創新點，也 為深人研究機制打下基礎。

穿梭箱訓練是一種雙向主動回避(two-way ac-tive avoidance, TWAA) 訓練，通常用 于檢測 動物的 學習記記憶能力及執行決策能力。動物在剛開始接 觸電刺激時明顯處于應激狀態，Stark等^[26]研究發

現，動物在應激狀態下受到的壓力本身并不能決定 其規避策略的形成。有研究表明，對海馬(尤其是海 馬腹側)活動的短暫抑制會干擾主動回避的學習^[27]， 海馬區主要是處理學習、記憶等與認知功能有關任 務的區域，表明TWAA訓練可能與認知功能存在密 切關系。動物在受到非條件刺激時逃向安全區，同 時學習與條件刺激的關聯，并逐漸形成主動條件反 射，是一個不斷強化學習記憶的過程。本研究中將 穿梭箱訓練作為認知功能訓練，也是本研究創新點 之1'。

研究提示，腦的狀態依賴性(brain state depen-dent) 是決定 rTMS 誘導腦可塑性改變的一個關鍵因 素^[28-^29]。Jung等^[3。^]發現，興奮性或抑制性磁刺激后 即刻進行訓練，均可強化運動學習，符合非穩態可塑 性理論(non-homeostatic plasticity)。本研究表明， rTMS后即刻進行穿梭箱認知訓練對認知功能改善 效果較單獨rTMS治療及單獨認知訓練好，與臨床 研究結果一致^[25]。

20Hz的高頻rTMS作用于患側大腦半球，可引 起長時程增強的作用，產生提高皮層興奮性的后效， 這一機制可能與雙向突觸可塑性的（bienenstock- cooper-munro，BCM)理論有關，該理論的一個基本

原理是突觸的近期活動情況影響其當前的反應水 平^[31]。本實驗中高頻rTMS可能是通過改變突觸可 塑性，提高皮層興奮性，加強后續認知功能訓練的效 果。有研究發現，TMS可以促進更廣泛的樹突和軸 突分枝，上調軸突出芽標志物GAP-43的表達^[32]。同 時TMS磁刺激區域附近的白質完整性較刺激前有 提高^[33_^34]，有研究表明，白質損傷在腦血管病致認知 功能損害中起重要作用^[35]，打皿8可能促進神經網絡 結構的修復。

本實驗初步驗證了rTMS結合穿梭箱訓練對腦 梗死恢復期大鼠認知功能改善效果較單獨rTMS治 療及單獨訓練好，但未能在多個時間點動態觀察大 鼠認知功能改善的情況，尚未能深人探討相關機 制。本研究提示臨床上對于腦梗死后認知障礙的患 者，可在rTMS刺激后立即對患者進行認知功能訓 練，對于患者的康復可能更加有效。我們下一步擬 對rTMS與其他訓練相結合對腦梗死恢復期認知功 能影響的機制進行深人探討。